El proyecto
La presa Scoggins, ubicada en el lago Henry Hagg, cerca de Gaston, Oregon, suministra agua municipal y de riego a los comercios y las granjas locales, así como a alrededor de 400 000 personas. La presa es un establecimiento federal que pertenece a la Oficina de Reclamaciones y es gestionada por dicha oficina. Actualmente, se está evaluando la modificación de la seguridad de la presa, junto con el almacenamiento adicional de agua. La presa es un proyecto conjunto entre la Oficina de Reclamaciones y Clean Water Services. La firma de arquitectura, ingeniería y consultoría HDR fue contratada por Clean Water Services con el fin de proporcionar un estudio de diseño de viabilidad para construir una nueva presa de concreto compactado con rodillo (Roller Compacted Concrete, RCC) en un sitio aguas abajo de la presa existente. Este sitio es una ubicación más propicia que proporcionaría una capacidad de almacenamiento mayor y reduciría en gran medida el riesgo de fallas ocasionado por un evento sísmico de gran magnitud que ha sido comprendido recientemente.
HDR utilizó la solución de modelado dinámico del subsuelo de Seequent, Leapfrog Works, para colaborar con la investigación, el informe de diseño geotécnico, y para calcular el costo y elaborar los planos del anteproyecto.
El ingeniero geotécnico de HDR, Andrew Little, explica: “Leapfrog Works posibilita una forma rápida y fácil de usar para que el geólogo desarrolle de manera directa un modelo en 3D que se puede examinar y revisar con rapidez. Además, permite comunicar el modelo de manera rápida y elegante a otros miembros del equipo y a los clientes mediante diseños de las secciones transversales y cortes del modelo para visualizarlo en tiempo real”.
Situación
La presa y reservorio de Scoggins están ubicados en la pendiente del este de la cadena costera con dirección norte del noroeste de Oregón. Esta porción de la ladera del este de la cadena costera es un monoclinal con una inmersión noroeste que consiste en formaciones marinas volcánicas y sedimentarias de la Era Terciaria.
A medida que el conocimiento de la tectónica de placas evolucionó durante los 70 y 80, se comprendieron mejor los mecanismos de la zona de subducción y los terremotos resultantes. La posibilidad de un terremoto de magnitud de 9 o mayor cerca de la costa de Oregón y Washington condujo a las agencias reguladoras a examinar la infraestructura vulnerable. La presa Scoggins es una presa de terraplén construida con materiales propensos a perder la resistencia cíclica en un terremoto de gran magnitud y necesitaría modificarse para evitar fallas durante un terremoto en la zona de subducción.
El objetivo de este proyecto es proporcionar un almacenamiento seguro y un suministro de agua resistente que no se pierda durante un terremoto en dicha zona. El proyecto está en curso. HDR tiene previsto completar el diseño de viabilidad en diciembre de 2019 para una de las tres opciones que se tienen en cuenta: la construcción de una nueva presa de RCC. La Oficina de Reclamaciones está trabajando en las otras dos opciones: reparar la presa existente sin proporcionar un almacenamiento adicional, y reparar la presa existente y elevarla para ganar más espacio de almacenamiento. La Oficina de Reclamaciones y Clean Water Services decidirán de forma conjunta cuál de estas tres opciones se llevará a cabo para el diseño final. Andrew Little agrega: “Un reto importante fue elaborar un modelo geológico utilizando únicamente 20 perforaciones sobre un área de gran extensión, aproximadamente 30 acres, casi sin afloramientos para comprobar la estructura geológica. Existía una diferencia significativa en la inclinación del lecho en ambos lados del valle que debía explicarse, así como un lecho marcador a lo largo del sitio, evidente en los datos de la perforación, que no era planar. El postulado inicial era que una falla atravesaba el sitio, pero no había evidencia para respaldar esta teoría ni en los datos de la perforación ni en la geofísica”.
Respuesta
HDR eligió utilizar la herramienta de modelado dinámico del subsuelo de Seequent, Leapfrog Works. La herramienta ayuda a los usuarios a comprender los riesgos geológicos mediante visualizaciones en 3D, las cuales luego pueden ser comunicadas con más precisión a todas las partes interesadas a través de una serie de herramientas de intercambio y comunicación.
Andrew agrega: “Utilizamos Leapfrog Works para modelar el lecho marcador con los datos estructurales procedentes de los telescopios de fondo de pozo, lo que proporcionó una visualización en 3D del lecho marcador plegado y reveló un eje de pliegue que coincidía con las presiones tectónicas regionales. Esto explicó la variabilidad en las orientaciones de los lechos en todo el valle además de una falla en el sitio de la presa propuesta. El modelo en 3D de Leapfrog Works facilitó una visualización del lecho marcador plegado que hubiera sido difícil de interpretar y comunicar únicamente usando las secciones transversales en 2D”.
Para modelar la forma del lecho marcador, se encontraron datos estructurales vinculados con las orientaciones promedio de los lechos dentro de cada perforación de la unidad del lecho marcador y se aplicaron a los contactos estratigráficos con la función de datos estructurales de Leapfrog Works. También se utilizaron datos adicionales del mapeo de la superficie en algunos afloramientos expuestos para establecer la forma y la tendencia del lecho marcador.
Anteriormente, HDR elaboraba su modelo geológico mediante el uso de secciones transversales en Civil 3D. No obstante, se demostró que este proceso era lento y propenso a errores y, a fin de cuentas, solo proporcionaba pequeñas ventanas en el subsuelo a través de algunas secciones transversales dispersadas en todo el sitio.
Andrew explica: “Las superficies podían desarrollarse en Civil 3D para intercalar entre las secciones transversales, pero la tarea era ardua, lo que requería que un técnico de CAD trabajara con el
Leapfrog Works está diseñado por geólogos y tiene una interfaz fácil de utilizar, así como flujos de trabajo y herramientas intuitivos. El geólogo puede desarrollar un modelo en 3D por sí mismo, sin la necesidad de un técnico, lo que le permite revisar y analizar rápidamente la escena 3D. Andrew comenta: “Cuando estaba aprendiendo a usar Leapfrog Works, me di cuenta de que está mucho más alineado con otros programas de
comprensión la geología
Leapfrog Works se utilizó para crear un modelo integral de subsuelo en 3D del sitio del proyecto que incluyó un gran desplazamiento de tierras, así como para analizar las posibles fallas al agregar escenarios de datos hipotéticos. Un aspecto importante del esfuerzo del diseño de viabilidad fue comprender y modelar con precisión un desplazamiento de tierras en la pendiente por encima del pilar derecho de la presa de RCC propuesta, con el fin de informar la decisión sobre el diseño para mitigar el riesgo de desplazamiento de tierras en dicha presa. El
El modelo de Leapfrog también se utilizó para determinar la posibilidad de fallas en el sitio, ya que está ubicada dentro de una extensa y compleja zona de falla activa. En el modelo, se creó un falla vertical postulada a través del valle para evaluar la posibilidad y la magnitud de desplazamiento según los datos reunidos sobre el terreno en ambos lados de la falla modelada. Se mostró un claro desplazamiento lateral izquierdo en el modelo y se utilizó la posible magnitud para informar sobre los esfuerzos de mitigación en el diseño.
Se utilizaron las cantidades de volumen para comprobar los cálculos de Civil 3D y se importaron los modelos de excavación y de diseño para visualizar los cambios potenciales en el sitio en 3D. Diseñado específicamente para la industria, Leapfrog Works es interoperable con los formatos de datos de investigación del terreno estándares en la industria. Además, los modelos geológicos se pueden combinar fácilmente con los diseños de ingeniería, los flujos de trabajo BIM y los modelos de flujo de aguas subterráneas, lo que permite optimizar los flujos de trabajo y la eficiencia.
La capacidad para importar superficies de excavación directamente en Leapfrog Works fue particularmente valiosa, como explica Andrew: “Fue mucho más fácil ver errores que necesitaban corregirse en el modelo sólido de Leapfrog Works en comparación con la visualización de superficies a través de contornos o triángulos en Civil 3D”.
Resultados
Con las soluciones de Seequent, HDR pudo obtener ventajas claras de ahorro de tiempo y de comunicación. Tan solo la configuración del modelo básico en Leapfrog Works llevó días, en lugar de semanas como en Civil 3D.
No solo se ahorró bastante tiempo al crear el modelo de Leapfrog Works, sino que el producto final fue mucho más fácil de utilizar para comunicar con rapidez los aspectos del subsuelo. Andrew comenta: “Con Leapfrog Works, se puede hacer mucho más. Por otro lado, determinadas características de los datos pueden no ser evidentes si solo se ven en una o dos dimensiones. El 3D añade valor a la comprensión de las características geológicas”.
Next etapas
Se requieren diferentes pasos de consulta en los próximos meses antes de que la Oficina de Reclamaciones y la Junta de Clean Water Services tomen una decisión final sobre la modificación de la presa, en el verano de 2020. La evaluación del riesgo de las tres opciones es un hito clave, que se llevará a cabo más adelante en 2019. Debido a la accesibilidad de los modelos en 3D, estos se utilizarán en esta etapa para comunicar los aspectos fundamentales del diseño de HDR. Andrew agrega: “Ya hemos podido mostrarles los modelos a la Oficina de Reclamaciones, lo que fue muy útil”.
También existe la opción de utilizar el
En el futuro, los geólogos de la oficina de HDR en Denver utilizarán Leapfrog Works para todos los proyectos venideros. Andrew comenta: “Me he comunicado con las oficinas de la costa oeste para que se familiaricen con las capacidades de Leapfrog Works, ya que su uso nos ha impactado en gran medida durante este proyecto y nos gustaría elaborar un modelo de las mejores prácticas para su utilización”. El gerente de productos del sector civil y ambiental de Seequent, Pat McLarin, comenta lo siguiente: «Leapfrog Works es la única solución especializada que aborda las necesidades de las industrias de ingeniería civil y medioambiental. Es intuitivo, fácil de aprender y rentable, lo que significa que los usuarios pueden perfeccionarse rápidamente y no necesitan contar con experiencia en CAD. Comprender y comunicar las condiciones del subsuelo es clave para que un proyecto sea exitoso y, al aprovechar el poder de Leapfrog Works, se pueden visualizar fácilmente los datos geológicos, ambientales y de ingeniería y se pueden compartir en 3D para tomar mejores decisiones y reducir los riesgos”.